Атлантична меридіональна перекидальна циркуляція

Атлантична меридіональна перекидна циркуляція (англ. Atlantic meridional overturning circulation, AMOC) — основна система океанічних течій в Атлантичному океані.^[1]:2238 Складова системи циркуляції океану Землі та відіграє важливу роль у кліматичній системі. AMOC містить атлантичні течії на поверхні та на великих глибинах, які викликані змінами погоди, температури та солоності. Ці течії складають половину глобальної термогалінної циркуляції, яка містить потік основних океанських течій, іншу половину становить перекидальна циркуляція Південного океану^[en].^[2]

Топографічна карта Північних морів і субполярних басейнів з поверхневими течіями (суцільні криві) і глибинними течіями (штрихові криві), які утворюють частину атлантичної меридіональної перекидної циркуляції. Кольори кривих вказують на приблизні температури.

AMOC складається з північного потоку теплої, солонішої води у верхніх шарах Атлантики та південного зворотного потоку холодної, солоної глибинної води. Тепла вода з півдня є солонішою через вищу швидкість випаровування в тропічній зоні. Тепла солона вода утворює верхній шар океану («термоклін»), але коли цей шар охолоджується, щільність солоної води збільшується, змушуючи її занурюватися на глибину. Це важлива частина двигуна AMOC-системи. Кінцівки з'єднані між собою областями перекидання в Північних морях^[en] і Південному океані. Місця перекидання пов’язані з інтенсивним обміном тепла, розчиненого кисню, вуглецю та інших поживних речовин і дуже важливі для екосистем океану та його функції як поглинача вуглецю.^[3][4] Зміни в силі AMOC можуть вплинути на кілька елементів кліматичної системи.^[1]:2238

Зміна клімату може послабити AMOC через збільшення вмісту тепла в океані та збільшення потоків прісної води від танення льодовикових покривів.^[5] Дослідження з використанням океанографічних реконструкцій припускають, що станом на 2015 рік AMOC є слабшим, ніж це було до промислової революції.^[6] Існують різні думки щодо відносного внеску різних факторів, і незрозуміло, наскільки це ослаблення пов'язане зі зміною клімату чи природною мінливістю циркуляції протягом тисячоліть.^[7][8] Кліматичні моделі передбачають подальше ослаблення AMOC у ХХІ столітті;^[9]:19  це послаблення вплине на середню температуру повітря над Скандинавією та Великою Британією, оскільки ці регіони нагріваються Північноатлантичною течією.^[10] Послаблення AMOC також прискорить підвищення рівня моря біля берегів Північної Америки та зменшить первинне виробництво в Північній Атлантиці.^[11]

Серйозне ослаблення AMOC може призвести до колапсу циркуляції, який не буде легко оборотним і, таким чином, є однією з переломних точок у кліматичній системі.^[12] Колапс суттєво знизить середню температуру та кількість опадів в Європі.^[13] Це також може збільшити частоту екстремальних погодних явищ та мати інші серйозні наслідки.^[14] Кліматичні моделі вказують на те, що колапс малоймовірний і стане ймовірним лише в тому випадку, якщо високий рівень потепління (≥4 °C)^[13] збережеться довго після 2100 року.^[15] Деякі палеоокеанографічні дослідження, підтримують цю ідею.^[16] Деякі дослідники побоюються, що складні моделі надто стабільні^[17] і що прогнози меншої складності, які вказують на ранній крах, точніші.^[18] Один із цих прогнозів припускає, що колапс AMOC може статися приблизно у 2057 році^[19], але багато вчених скептично ставляться до цього прогнозу.^[18] Деякі дослідження також припускають, що циркуляція Південного океану може бути більш схильною до колапсу, ніж AMOC.^[20][14]

Загальна структура

AMOC по відношенню до глобальної термогалінної циркуляції (анімація)

AMOC є основною системою течій в Атлантичному океані,^[1]:2238, а також є частиною глобальної термогалінної циркуляції , яка з’єднує Світовий океан єдиним «конвеєром» безперервного водообміну.^[21] Зазвичай відносно тепла, менш солона вода залишається на поверхні океану, тоді як глибокі шари холодніші, щільніші та солоніші, що називається стратифікацією океану.^[22] Глибинна вода з часом набуває тепла та/або втрачає солоність під час обміну зі змішаним шаром океану, стає менш щільною та піднімається до поверхні. Різниця в температурі та солоності існує між шарами океану та між частинами Світового океану, і разом вони керують термогалінною циркуляцією.^[21] Тихий океан є менш солоним, ніж інші океани, тому що він отримує велику кількість свіжих опадів.^[23] Його поверхневі води недостатньо солоні, щоб опускатися нижче, ніж на кілька сотень метрів, тобто вода з глибин океану повинна надходити звідкись.^[21]

Океанська вода в Північній Атлантиці є солонішою, ніж в Тихому океані, частково через те, що значне випаровування на поверхні концентрує сіль у воді, що залишилася, а частково через те, що морський лід поблизу Полярного кола викидає сіль, коли замерзає взимку.^[24] Що ще важливіше, волога, що випаровується в Атлантиці, швидко виноситься атмосферною циркуляцією, перш ніж вона може випасти назад у вигляді дощу. Пасати переміщують цю вологу через Центральну Америку та до східної північної частини Тихого океану, де вона випадає у вигляді дощу.^[25] Великі гірські хребти, такі як Тибетське плато, Скелясті гори та Анди, перешкоджають будь-якому еквівалентному переносу вологи назад до Атлантики.^[26]

Завдяки цьому процесу поверхнева вода Атлантики стає солоною і, отже, щільною, зрештою опускаючись вниз, утворюючи північноатлантичні глибинні води (англ. North Atlantic Deep Water, NADW).^[27] Утворення NADW в основному відбувається в Північних морях і включає складну взаємодію регіональних водних мас, таких як переливні води Данської протоки (DSOW), переливні води Ісландії та Шотландії (ISOW) і переливні води Північних морів.^[28] Води моря Лабрадор^[en] також можуть відігравати важливу роль, але все більше доказів свідчать про те, що вода в морях Лабрадора та Ірмінгера в основному рециркулює через Північноатлантичний вир^[en] і мало пов’язана з рештою AMOC.^[4][13]

Короткий опис шляху термогалінної циркуляції. Сині риски представляють глибоководні течії, а червоні – поверхневі течії

NADW не є найглибшим шаром води в Атлантичному океані; Антарктичні придонні води (англ. Antarctic bottom water, AABW) завжди є найщільнішим і найглибшим шаром океану в будь-якому басейні глибше 4000 м.^[29] Оскільки верхня частина AABW зазнає апвелінгу, вона зливається з NADW і посилює її. Утворення NADW також є початком нижньої циркуляції.^[21][3] Даунвеллінг, яке формує NADW, врівноважується рівною кількістю висхідного потоку. У західній Атлантиці перенос Екмана^[en], збільшення змішування шарів океану, спричинене діяльністю вітру, призводить до сильного апвелінгу в Канарській течії та Бенгельській течії, які розташовані на північно-західному та південно-західному узбережжях Африки. Станом на 2014 рік апвелінг значно сильніший в районі Канарської течії, ніж Бенгельської течії, хоча протилежна картина існувала до закриття Центральноамериканського морського шляху в пізньому пліоцені.^[30] У Східній Атлантиці значний апвелінг відбувається лише в певні місяці року, оскільки глибинний термоклин цього регіону означає, що він більше залежить від стану температури поверхні моря, ніж від активності вітру. Існує також багаторічний цикл апвелінгу, який відбувається синхронно з циклом Ель-Ніньо/Ла-Нінья.^[31]

У той же час NADW рухається на південь і на південному кінці Атлантичного трансекту^[en], приблизно 80% його маси зазнає апвелінгу в Південному океані^[27][32], з'єднуючи його з перекидною циркуляцією Південного океану (SOOC).^[33] Після апвелінгу вода, як вважається, має один із двох шляхів. Вода, яка зазнає апвелінгу на поверхню поблизу Антарктиди, ймовірно, буде охолоджена антарктичним морським льодом^[en] і занурюється назад у нижній рівень циркуляції. Частина цієї води знову приєднається до AABW, але решта потоку нижнього рівня зрештою досягне глибин Тихого та Індійського океанів.^[21] Вода, яка зазнає апвелінгу на нижчих, вільних від льоду широтах, рухається далі на північ завдяки екманівському переносу та надходить до верхнього шару. Тепла вода верхнього шару відповідає за зворотний потік до Північної Атлантики, який відбувається в основному біля узбережжя Африки та через Індонезійський архіпелаг. Коли ця вода повертається в Північну Атлантику, вона стає холоднішою і щільнішою, і занурюється, повертаючись до NADW.^[33][27]

Послаблення потоків AMOC

AMOC є частиною глобальної океанічної циркуляції, завдяки якій відбувається обмін енергію між океанами. Цей механізм також відомий як "глобальний конвеєр" (англ. ocean conveyor belt). У Атлантичному океані тепла вода на поверхні з Мексиканської затоки рухається вздовж східного узбережжя Північної Америки у напрямку Північної Атлантики. Під час цього процесу вода поступово охолоджується, а через випаровування її солоність зростає. У результаті щільніша, холодніша та солоніша вода опускається в глибоководні шари поблизу Гренландії, а потім повертається на південь як глибинна течія. За допомогою такого процесу енергія розприділяється навколо Землі. Ця циркуляція є важливим фактором, що визначає помірний клімат у Західній та Центральній Європі, а також у частинах Північної Європи. Тепло, що виділяється в процесі такої циркуляції, утримує північноєвропейські порти вільними від льоду. AMOC забирає багато CO₂ у глибокі води де він є безпечно заблокованим від атмосфери. Течія може залишатися стабільною в двох станах: при наявності руху теплих вод з тропіків на північ, яке допомагає розподіляти температуру, поживні речовини і сіль по океанах, і системи млявих вод, які не поспішають віддавати теплу, збагачену речовинами воду з Атлантичного океану. Глобальне потепління порушує цей механізм: збільшення кількості опадів і посилене танення льодовикового щита Гренландії додають прісної води до поверхні океану. Це знижує солоність і, отже, щільність води, послаблюючи потік AMOC. Конвергенція прісної води не повністю компенсує зміни в поверхневому переносі прісної води, що призводить до накопичення прісної води в Атлантичному океані, зокрема нижче глибини 1000 м.^[34],^[35],^[36].

AMOC неодноразово руйнувався та перезапускався протягом циклу льодовикових періодів, що тривали від 115 000 до 12 000 років тому. Кліматологи припускають, що подібне ослаблення АМОС відбувалося близько 2,6 млн років тому і це спровокувало льодовиковий період. У 2025 році Міжнародна команда вчених з Гейдельберзького та Бернського університетів уперше кількісно реконструювала Атлантичну меридіональну перекидну циркуляцію протягом усього голоцену. Результати моделювання засвідчили, що найбільше ослаблення AMOC зафіксоване між 9 200 і 8 000 років тому, коли маси талої води зруйнованого льодовика потрапили до океану. Але вже близько 6 500 років тому циркуляція стабілізувалася і досягла рівня приблизно 18 свердрупів (1 свердруп = 1 мільярд літрів на секунду). АМОК залишалася стабільною протягом більшої частини останніх 6 500 років. Течія була відносно стабільною до кінця ХІХ століття. Із закінченням невеликого льодовикового періоду приблизно в 1850 році океанічні течії почали скорочуватися, а з середини ХХ ст. настало друге, більш різке зниження — приблизно на 15 відсотків з його середини^[37],^[38].

У 1995 році спеціалісти з моделювання клімату очікували низьку ймовірність колапсу до 2100 року і спрогнозували, що циркуляція AMOC може припинити своє існування до 2200 року. Наукові дослідження, проведені у 2021 — 2023 роках, розширили часовий діапазон до 2300–2500 років і виявили що ризик колапсу Атлантичної меридіональної циркуляції значно вищий, ніж вважалося раніше. Вчені використовували комбінацію трьох різних типів даних для отримання інформації про океанські течії: температурні режими в Атлантичному океані, властивості підземних водних мас і розміри зерен глибоководних відкладень, вік яких становить від 100 до 1600 років. Результати моделювання засвідчили, що в цілому сповільнення AMOC на близько 8 млн кубічних метрів води в секунду триватиме щонайменше до 2100 року і течія може ослабнути на 5–8 свердрупів, залежно від інтенсивності глобального потепління. У модельних розрахунках дослідників повного колапсу вдалося уникнути завдяки підняттю глибинних вод з Північної Атлантики у Південному океані, викликаному вітровими процесами. Водночас Метеорологічна служба Великої Британії та Міжурядова група експертів зі зміни клімату вважали колапс AMOC у XXI ст. малоймовірним^[39],^[40].

У 2024-2025 роках вчені змоделювали розвиток Атлантичної циркуляції до кінця XXI ст. за екстремальних умов, зокрема при чотирикратному збільшенні вмісту CO₂ в атмосфері та значному припливі талої води. Модель також враховувала зміни в Південному та Індійському океанах. У рамках моделювання було протестовано 25 різних кліматичних сценаріїв. Результати показали, що AMOC залишалася стабільною до приблизно 2020 року, але з того часу почали з’являтися ознаки її ослаблення. Дослідження показало: при зростанні викидів парникових газів у 70% моделей AMOC зупиняється, за середніх сценаріїв – у 37%, а навіть за низьких – у 25% випадків. Критичний переломний момент може настати вже у 2060 році, а ймовірність такого розвитку подій до 2100 року становить понад 90%. До 2100 року AMOC може ослабнути на 5–8 свердрупів, залежно від інтенсивності глобального потепління. Навіть якщо глобальне потепління в цьому столітті збережеться на рівні 2,7°C вище доіндустріального рівня — AMOC почне руйнуватися у 2063 році, свідчать результати досліджень^[41],^[42],^[43],^[44].

Наслідки колапсу AMOC

• підняття рівня моря приблизно на 50 см, а у деяких регіонах Атлантики — на метр;

• у США наслідки торкнуться східного узбережжя — від Північної Кароліни до Мена і призведе до зростання ризику повеней у Вірджинії, Массачусетсі та Флориді, частина Флориди може піти під воду;

• вологі та сухі сезони в Амазонці зміняться, це може підштовхнути ослаблений дощовий ліс до власної переломної точки;

• коливання температур у світі буде більш нерівномірним, південна півкуля стане теплішою, ніж зараз;

• в Західній Європі, зокрема в Ісландії, Великій Британії та Скандинавії, різке похолодання взимку та посухи влітку;

• ослаблення течії здатне змінити траєкторії циклонів та ураганів, роблячи їх частішими та потужнішими, катастрофічні шторми змінять погодні умови на цілих континентах^[45],^[46],^[47],^[48].